Nghiên cứu, tính toán, thiết kế công nghệ và chế tạo hệ thống tự động rửa, chiến đầy bia vào keg năng suất 120kg h cho các nhà máy bia 50 100 triệu lít bia năm

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG RỬA, CHIẾT ĐẦY BIA VÀO KEG NĂNG SUẤT 120 KEG/H CHO CÁC NHÀ MÁY BIA 50-100 TRIỆU LÍT BIA /NĂM.. Việc nghiên cứu các hệ thống rửa

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ VÀ CHẾ TẠO HỆ

THỐNG TỰ ĐỘNG RỬA, CHIẾT ĐẦY BIA VÀO KEG NĂNG

SUẤT 120 KEG/H CHO CÁC NHÀ MÁY BIA 50-100 TRIỆU LÍT

BIA /NĂM

Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương

Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Nghiên cứu Cơ khí

Chủ nhiệm đề tài: KS Nguyễn Xuân Dũng

Hà Nội – Năm 2010

BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

CẤP BỘ NĂM 2010

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ VÀ CHẾ TẠO HỆ

THỐNG TỰ ĐỘNG RỬA, CHIẾT ĐẦY BIA VÀO KEG NĂNG

SUẤT 120 KEG/H CHO CÁC NHÀ MÁY BIA 50-100 TRIỆU LÍT

BIA /NĂM

Ký hiệu: 203.10.RD/HĐ-KHCN

Thủ trưởng đơn vị Chủ nhiệm đề tài

(Ký tên, đóng dấu) (Ký, ghi rõ họ tên)

Nguyễn Xuân Dũng

Hà Nội – Năm 2010

MỤC LỤC

Mục lục ……… ……… ……….1

Danh sách các thành viên tham gia ……….….……… …… 2

Lời nói đầu ……….……… ………3

CHƯƠNG 1 7

BÁO CÁO TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾT RỬA KEG TỰ ĐỘNG NĂNG SUẤT 120 KEG/H 7

1.1.Cơ sở pháp lý của đề tài: 7

1.2.Tính cấp thiết của đề tài: 7

1.2.1.Tính cấp thiết : 7

1.2.2.Mục tiêu của đề tài: 7

1.3.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 8

1.3.1.Đối tượng: 8

1.3.2.Phạm vi nghiên cứu: 8

1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước: 8

1.4.1.Tình hình nghiên cứu ngoài nước: 8

1.4.2.Tình hình nghiên cứu trong nước: 9

CHƯƠNG 2 7

NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG CHIẾT RỬA KEG TỰ ĐỘNG NĂNG SUẤT 120 KG/H 7

2.1.Nguyên tắc và các hiện tượng xảy ra trong quá trình chiết bia: 30

2.1.1.Sự oxy hóa : 30

2.1.2 Sự nhiễm khuẩn trong quá trình chiết bia: 31

2.1.3.Tổn thất CO2: 31

2.2 Các loại bốc chứa bia: 32

2.2.1.Bốc dạng tang trống: 32

2.2.2.Thùng bốc dạng hình trụ : 34

2.3 Hệ thống chiết rửa keg tự động năng suất 120 ke/h 10

2.3.1.Hệ thống băng tải nạp keg , ra keg: 11

2.3.2.Máy rửa, chiết keg: 14

2.3.3 Các thiết bị kèm theo máy : 17

2.3.3.1.Tank chứa nước hoà trộn : 17

2.3.3.2 Tank chứa chất tẩy rửa: 17

2.3.3.3.Tank chứa nước nóng: 18

2.3.4.Đặc tính kỹ thuật máy chiết keg 8 vị trí: 18

2.3.5.Đặc tính kỹ thuật của tank nước 20

2.3.6.Đặc tính kỹ thuật của tank chứa xút, axit: 20

2.3.7.Đặc tính kỹ thuật của tank nước nóng 22

2.4 Qui trình công nghệ làm sạch và chiết keg: 23

2.4.1.Các bề mặt cần làm sạch: 23

2.4.2.Các bước công nghệ tại các trạm công tác của máy chiết rửa keg 24

CHƯƠNG 3 37

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾT RỬA KEG TỰ ĐỘNG 37

3.1.Thiết kế sơ bộ: 37

3.1.1.Bản vẽ sơ đồ nguyên lý và kết nối hệ thống: 37

3.1.2.Xác định các kích thước cơ bản,các thiết bị hệ thống: 38

3.1.2.1 Các yếu tố công nghệ và bơm: 38

3.1.2.2.Các kích thước cơ bản máy chiết, rửa keg và các thiết bị chính : 38 3.1.2.3.Thiết bị điện, điều khiển và van : 41

3.2.Thiết kế kỹ thuật : 45

3.2.1.Tính toán cơ cấu nâng, hạ , di chuyển keg: 46

3.2.1.1.Tính kiểm nghiệm dầm công tác : 46

3.2.1.2 Tính kiểm nghiệm trục chủ động : 49

3.2.2.Tính toán xi lanh kẹp, xi lanh mở van: 53

CHƯƠNG4 55 QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH CỦA

4.1.Trạm công tác của máy chiết rửa keg (hình 26) 55

4.2.Qui trình công nghệ chế tạo các chi tiết của trạm công tác: 56

4.2.1.Thân van: 56

4.2.2 Qui trình công nghệ chế tạo thân van: 57

4.2.2.1.Tạo phôi: 57

4.2.2.2 Gia công chính xác: 61

4.2.3 Qui trình công nghệ chế tạo ty van: 65

4.2.3.1.Cấu tạo: 65

4.2.3.2 Qui trình công nghệ: 66

CHƯƠNG 5 68

CÔNG NGHỆ VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 68

5.1.Chương trình Đầu vào sản phẩm 68

5.2.Chương trình CIP – Bên trong 69

5.3.Chương trình CIP-Bên ngoài 70

5.4.Chương trình CIP – Bên trong 71

5.5.Chương Khử trùng CO2-Ống 73

5.6.Các chương trình sản xuất 75

5.6.1 Cấu hình cơ bản/ Nguồn trung gian các giá trị mặc định 75

5.6.2.Kiểm soát nhiệt độ 76

5.6.3.Kiểm soát chiết đầy / Tổng quát 77

5.6.4.Kiểm soát chiết đầy/ Cài đặt thông số 77

5.6.5.Kiểm soát chiết đầy / Mô tả thông số 78

5.6.6.Kiểm soát chiết đầy / Điều chỉnh Van xả áp suất 79

5.6.7.Kiểm soát chiết đầy / Thiết bị kiểm soát mức – Chỉ thị đầy keg 80

5.7.Keg – Hệ thống vào /ra keg 81

5.7.1 Keg – đầu vào / Xả 81

5.7.2.Đầu ra Keg / Khóa (Trạm làm sạch chương trình) 81

5.7.3.Đầu vào Keg / barie ánh sáng Điểm vận chuyển 81

5.7.4.Đầu vào Keg / barie ánh sáng > Đóng cơ cấu định vị 82

5.7.5.Dầm công tác ( WB) Nguyên lý 82

5.7.6.Dầm công tác (WB) / Các bộ chuyển mạch từ tính 83

5.7.7.Dầm công tác (WB) / Điều chỉnh bộ chuyển mạch từ tính 83

5.7.8.Thiết bị kẹp / Bộ công tắc từ tính phía trên 83

5.7.9.Sơ đồ tín hiệu bộ công tắc từ tính 84

5.8.Làm sạch bên trong Keg 87

5.8.1.Nhả các thiết bị kẹp phía dưới bộ công tắc từ tính 87

5.8.2 Sơ đồ - Các trạm làm sạch bên trong 88

LỜI CÁM ƠN……….96

DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA

STT Họ và Tên Học hàm,học vị Cơ quan công tác

1 Hoàng Văn Gợt Tiến sĩ Viện NCCK

2 Nguyễn Xân Dũng Kỹ sư Cơ khí Viện NCCK

3 Doãn Văn Hoàn Kỹ sư Cơ khí Viện NCCK

4 Nguyễn Văn Thịnh Kỹ sư Cơ khí Viện NCCK

5 Bùi Quang Quyết Kỹ sư Cơ khí Viện NCCK

6 Hoàng Trường Sơn Kỹ sư Cơ khí Viện NCCK

7 Phạm huy Dũng Kỹ sư Cơ khí Viện NCCK

8 Trần Quang Chiến Kỹ sư Cơ khí Viện NCCK

9 Nguyễn Việt Thái Kỹ sư Điều khiển Viện NCCK

LỜI NÓI ĐẦU Ngành công nghiệp sản xuất bia ngày càng phát triển và đóng góp nhiều cho sự tăng trưởng kinh tế của đất nước Bia là một loại đồ uống ngày càng được sử dụng rộng rãi ở nước ta, việc đảm bảo chất lượng sản phẩm và vệ sinh

an toàn thực phẩm luôn là vấn đề quan trọng trong công nghiệp sản xuất bia Công nghệ chiết bia vào keg ra đời và song hành cùng với sự phân phối bia tới người tiêu dùng từ rất lâu và luôn được cải tiến hoàn thiện Cùng với sự tiến bộ của nghành cơ khí và tự động hóa công đoạn hoàn thiện sản phẩm bia đã đạt tới trình độ tự động hóa khá cao Việc nghiên cứu các hệ thống rửa, chiết keg tự động của các hãng tiên tiến trên thế giới, từ đó tính toán thiết kế chế tạo và tích hợp trong nước là một cách làm có hiệu quả Giảm thiểu nhập khẩu, tiết kiệm ngại tệ, giảm chi phí đầu tư, phát huy năng lực và nâng cao trình độ đội ngũ cán

bộ kỹ thuật của nghành cơ khí và tự động hóa, từng bước tạo ra những sản phẩm

có hàm lượng tri thức cao luôn là mục tiêu chiến lược trong công cuộc đổi mới

và phát triển của Đảng và nhà nước

Nhằm đáp ứng các mục tiêu kinh tế xã hội đã nêu trên Viện Nghiên cứu

cơ khí đã đề xuất và được Bộ Công Thương chấp thuận đề tài “Nghiên cứu, thiết

kế công nghệ và chế tạo hệ thống tự động rửa, chiết đầy bia vào keg năng suất

120 keg/h cho các nhà máy bia công suất 50-100 triệu lít bia/năm”

Được giao nhiệm vụ thực hiện đề tài KHCN trên nhóm đề tài đã hết sức

cố gắng khảo sát thu thập số liệu, tính toán phân tích giải pháp công nghệ thiết

kế , chế tạo hệ thống Nhóm đề tài trân trọng cám ơn Vụ KHCN Bộ Công Thương, Viện NCCK đã trực tiếp chỉ đạo và tạo điều kiện cho công tác nghiên cứu của đề tài

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾT, RỬA KEG TỰ ĐỘNG, NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG CHIẾT, RỬA

KEG TỰ ĐỘNG NĂNG SUẤT 120 KG/H

1.1.Cơ sở pháp lý của đề tài:

- Quyết định số : 6228 /QĐ-BCT ngày 10 tháng 12 năm 2009 về việc đặt hang thực hiện các nhiệm vụ KHCN năm 2010 của Bộ trưởng Bộ Công Thương

- Hợp đồng số 203.10 RD /HĐ-KHCN.ngày 16 tháng 3 năm 2010 giữa

Bộ Công Thương và Viện Nghiên cứu Cơ khí

1.2.Tính cấp thiết của đề tài:

1.2.1.Tính cấp thiết :

- Căn cứ vào nhu cầu yêu cầu đảm bảo chất lượng sản phẩm , sinh

an toàn thực phẩm và tiện lợi trong việc phân phối sản phẩm của các nhà máy bia trong nước

- Căn cứ nhu cầu ứng dụng kết quả nghiên cứu của đề tài để tự chế tạo, tích hợp hệ thống chiết rửa keg tự động năng suất 120 keg /h phục vụ sản xuất bia của Công ty CP bia Thanh Hóa

- Nhằm không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm thiểu chi phí ngoại tệ, tăng tính cạnh tranh sản phẩm cho các nhà máy bia

1.2.2.Mục tiêu của đề tài:

- Nghiên cứu thiết kế hệ thống chiết rửa keg tự động năng suất

120 keg/h nội địa hóa một số chi tiết

- Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế sản xuất

1.3.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

1.3.1.Đối tượng:

Hệ thống rửa, chiết đầy bia vào keg tự động năng suất 120ke/h

1.3.2.Phạm vi nghiên cứu:

a- Nghiên cứu lý thuyết:

- Khảo sát nghiên cứu chế độ làm việc của hệ thống chiết rửa keg tự động năng suất 120 keg/h

- Nghiên cứu chế độ rửa, chế độ chiết đầy của máy chiết keg

1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước:

1.4.1.Tình hình nghiên cứu ngoài nước:

Nhiều nước tiên tiến trên thế giới có nghành công nghiệp sản xuất bia phát triển như Đức, Đan Mạch đã nghiên cứu thiết kế, chế hệ thống chiết rửa keg tự động Việc nghiên cứu cải tiến được thực hiện liên tục và các thiết bị được chế tạo trên những dây chuyền chuyên dùng hiện đại, có thương hiệu và đã trở thành truyền thống

Hình 1.1: Một hệ thống rửa, chiết keg tự động của hãng KEG-TECHNIC

Công tác thí nghiệm để tìm ra công nghệ tối ưu cho thiết bị được thực hiện trong các trung tâm thí nghiệm có đầy đủ trang thiết bị hiện đại, do vậy thiết bị không ngừng được cải tiến và đến nay đã đạt được

sự ưu việt rất cao

Có thể khẳng định việc nghiên cứu về hệ thống tự động chiết rửa keg phục vụ cho công nghiệp sản xuất bia trên thế giới là tương đối hoàn chỉnh ,đồng bộ và không ngừng hoàn thiện nâng cấp cải tiến hơn nữa

1.4.2.Tình hình nghiên cứu trong nước:

Nghành công nghệp sản xuất bia của nước ta đang phát triển mạnh

mẽ, đến nay phần lớn các thiết bị lên men, nấu, đã chế tạo được trong nước Tuy nhiên khâu hoàn thiện sản phẩm chiết rót bia vào chai, lon, chiết keg vẫn phải nhập khẩu thiết bị của nước ngoài

Các sản phẩm bia hơi, bia tươi là những đồ uống tốt cho sức khỏe

và chiếm tỷ trọng khá lớn trong cơ cấu sản phẩm của các nhà máy bia, việc chiết rót bia vào bao bì với một qui trình vệ sinh chặt chẽ , an toàn

là điều rất cần thiết Chỉ có sử dụng hệ thống rửa, chiết keg tự động mới đảm bảo chất lượng bia tới tay người tiêu thụ Trong tiến trình phát triển các nhà máy bia đều cần sử dụng hệ thống chiết rửa keg tự động thay thế cho các hình thức cung cấp trước đây để đảm bảo chất lượng ,vệ sinh an toàn thực phẩm và vận chuyển đến nơi tiêu thụ Cho đến nay trong nước chưa có đơn vị nào tiến hành nghiên cứu thiết kế, chế tạo và tích hợp hệ thống chiết rửa keg tự động Việc nghiên cứu ,tính toán thiết kế hệ thống chiết rửa keg trong nước là một đòi hỏi cấp bách đối với đội ngũ cán bộ kỹ thuật trong nghành cơ khí

tự động hóa

Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế công nghệ và chế tạo hệ thống tự động rửa, chiết đầy bia vào keg năng suất 120 keg/h cho các nhà máy bia công suất 50-100 triệu lít bia/năm” của Viện Nghiên cứu Cơ khí nhằm đáp ứng yêu cầu trên

1.5 Hệ thống chiết rửa keg tự động năng suất 120 ke/h

Hệ thống chiết rửa keg tự động bao gồm các thiết bị sau đây:

Hình1.4: hệ thống chiết , rửa keg tự động năng suất 120 keg/h

1.5.1.Hệ thống băng tải nạp keg , ra keg:

• Được thiết kế theo modul

• Các mặt phân cách rõ ràng

• Dễ dàng mở rộng dây chuyền

• Thanh ray bên hông bằng thép không gỉ SUS 304, được bọc nhựa

• Các con lăn làm bằng thép không gỉ SUS 304

• Độ ổn định của hệ thống băng tải được chấp nhận bởi chân đế cầu nối có

thể điều chỉnh chiều cao (+/- 150 mm)

• Cao độ vận chuyển cao nhất 650 m, thuận tiện cho công nhân thao tác

• Định vị và định tâm của Keg trên băng tải tại van chiết

• Tất cả các băng tải đều có tốc độ 0.2 m/s

1.5.1.1 Băng tải xích:

Kết cấu:

• Băng tải xích có các thiết kế sau:

- Băng tải xích thẳng

- Băng tải xích với xích bọc cao su

- Băng tải xích có khả năng đảo chiều

• Khung bệ làm bằng thép không gỉ được hàn

• Kết cấu có yêu cầu bảo trì thấp, không cần bôi trơn

Vật liệu thép không gỉ 1.4301 ( X5 Cr Ni 1810)

Tốc độ 0,20 m/s

Chiều rộng làm việc: khoảng 420 mm

Chiều rộng băng tải: 450mm

Xích tải Thép không gỉ 1.4301 xích bản lề khổ rộng

3 1/4" hoặc 7 1/2"

Thanh chắn cạnh bên: Phần giá đỡ cạnh bên bằng nhựa với thép dẹt có vỏ bọc nhựa

Động cơ hộp số : công suất động cơ : 0,55 kw

1.5.1.2 băng tải con lăn:

Kết cấu:

• Băng tải con lăn có các thiết kế như sau:

- Băng tải con lăn trọng lực

- Băng tải con lăn ma sát

- Băng tải con lăn đảo chiều với các con lăn được dẫn động

• Bước con lăn 75 mm trong thiết kế tiêu chuẩn

• Khung thành và chân đỡ làm bằng thép không gỉ SUS 304

Thông số kỹ thuật:

• Băng tải con lăn dẫn động:

Các bộ phận thành bên làm bằng thép không gỉ ( 30 x 130 x 3 mm ) Vật liệu SUS với gờ hướng ngăn ngừa keg bị đổ

Tốc độ: 0,20 m/s

chiều rộng làm việc: khoảng 430 mm

Chiều rộng băng tải: 488 mm

con lăn Đường kính ống 50 x 1,5 mm, vật liệu SUS 304

Với 1 ổ bi cầu bằng thép không gỉ và 1 bánh xích Z=15,t=19.05 mm

chịu tải cao nhất trên mỗi con lăn: 50 kg

Trục Trục thép không gỉ

Động cơ hộp giảm tốc : N= 0.55 kw, n= 25 v/ph

Hình1.5: Hệ thống băng tải xích và băng tải con lăn nạp keg

1.5.2.Máy rửa, chiết keg:

Hình1.6: Máy chiết rửa keg tự động năng suất 120 keg/h

• máy được trang bị với một hệ thống thanh đỡ chuyển keg và bao gồm tất

cả các phần điện, khí nén cần thiết cho sự hoạt động của máy

• Bằng việc tích hợp các phần cứng và phần mềm điều khiển (Siemens S7) qui trình làm sạch và chiết được thực hiện hoàn hảo theo với chuyển động của Keg hoàn toàn tự động

• Điều kiển và giám sát bởi CPU

• Tất cả các bước của chương trình được điều khiển bởi thời gian và bởi bộ điều khiển quá trình Chương trình được làm theo cách: các đầu xử lý đơn có thể làm việc độc lập với nhau

• Để dảm bảo cho việc làm sạch bên trong của đáy Keg, khoảng giữa các thành bên, ống nối và đầu nối được phun xung bằng chất tẩy rửa, tráng bằng nước và thổi sạch bằng khí CO2 áp suất cao

• Các Keg được làm sạch và tiệt trùng đảm bảo theo yêu cầu vệ sinh thực phẩm

• Áp suất chiết được điều khiển tự động bằng các cảm biến và các bộ chuyển đổi áp suất gần trên đường ống chính của sản phẩm và bên trong

hệ thống chiết

• Tất cả các bước và phương thức làm việc đều có thể điều chỉnh

• Các công tắc áp suất đã được lắp đặt để điều khiển áp suất tối thiểu đạt được cho tất cả môi chất đã sử dụng trong qui trình

• Các công tắc khởi đầu giám sát các vị trí của các xi lanh khí nén

• Bộ phát hiện chất lỏng kiểm soát dòng chảy và dòng ngược của môi chất

• Các van khí nén môi chất được lắp đặt ở các vị trí thích hợp ( ở phần trên cao của máy chiết để tránh hơi ẩm và nước phun)

• Khung bệ được làm bằng thép không gỉ hàn SUS 304

• Hệ đường ống, các van và tất cả các bộ phận cơ khí quan trọng đều bằng thép không gỉ SUS 304 Tất cả các bộ phận tiếp xúc với sản phẩm, đường ống bia, đầu nối đều bằng thép không gỉ SUS 304 hoặc tốt hơn

• Oxy hấp thụ dưới 50 ppb

• Lưu lượng kế cảm ứng điều khiển chính xác lượng bia được chiết vào Keg Độ chính xác của lưu lượng kế dẫn đến độ chính xác của lượng bia được chiết vào Keg là +/- 0,5%

• Tổng hao phí dịch bia không vượt quá +/- 0,3% thể tích khi dây chuyền vận hành trơn tru với độ chính xác lập lại với hiệu suất từ 90% trở lên

• Hộp khí nén chống thấm nước làm bằng thép không gỉ (IP 55) ở chiều cao của bộ xử lý bao gồm hệ thống giám sát, các van điều khiển, tất cả các van cấp cần thiết cho việc khởi động các van khí nén và các van trung gian

• Máy có thể được trang bị với bộ chuyển đổi cho các loại khác nhau của các hệ thống đầu nối(van chiết), cũng như cho KEG nước ngọt

• Điều chỉnh áp suất đối kháng và chiết : áp suất CO2 đối kháng được điều chỉnh hoàn toàn tự động theo áp suất của sản phẩm được nối tới đầu chiết Với thiết bị điều chỉnh sự chênh lệch áp suất khác nhau, van xả nhiều bước và không cần được bảo trì được điều khiển, van này sẽ xả phần khí áp suất đối kháng thừa trực tiếp vào ống sản phẩm dư

Thiết bị tạo đối áp điện tử và chiết đảm bảo cho việc chiết cẩn thận và gần như không bọt, trong khi áp suất CO2 bên trong sẽ được điều khiển để không được giảm xuống tới mức thấp hơn điểm bão hoà cài đặt trước

Hình1.7: hệ thống ống và van kết nối máy chiết keg

1.5.3 Các thiết bị kèm theo máy :

1.5.3.1.Tank chứa nước hoà trộn :

Tank có nước hoà trộn, vật liệu SUS 304, lắp đặt ở phía sau máy chiết rửa Keg và kết nối ống bên trong với máy keg.Bơm môi chất đặt ở dưới tank và dễ dàng tiếp cận

Cảm biến chất lỏng được tích hợp dừng việc cung cấp nước sạch ngay khi đạt tới mức cần thiết Để kiểm tra nước hoà trộn, tank này đuợc trang bị với một nhiệt kế và chỉ thị mức.Một đường xả hơi nước có thể được nối tới một hệ thống quạt hút được tích hợp trong nhà xưởng

1.5.3.2 Tank chứa chất tẩy rửa:

Tank chứa chất tẩy rửa, vật liệu SUS 304, lắp đặt ở phía sau máy chiết rửa keg và kết nối ống bên trong với máy Bơm môi chất đặt ở dưới tank và dễ dàng tiếp cận, bảo trì sửa chữa

Cảm biến chất lỏng được tích hợp dừng việc cung cấp nước sạch ngay khi đạt tới mức yêu cầu Nhờ được tích hợp cuộn ống gia nhiệt, tank có thể gia nhiệt bằng hơi nước quá nhiệt

Nhiệt độ của chất tẩy rửa được điều khiển bằng PLC của máy chiết rửa keg và các cảm biến nhiệt Để kiểm tra chất tẩy rửa tank này được trang bị với một nhiệt kế và chỉ thị mức

Một đường xả hơi nước có thể được nối tới một hệ thống quạt hút được tích hợp trong nhà xưởng

• Thiết bị phụ trợ có thể lắp thêm vào là một hệ thống bơm định lượng, loại bơm màng và các van tự động ống xả

• Nồng độ tự động được thực hiện bằng việc đo dẫn điện , đầu đo để đo

độ dẫn được lắp đặt tại bồn axit/ xút

1.5.3.3.Tank chứa nước nóng:

Tank chứa nước nóng, vật liệu SUS 304, lắp đặt ở phía sau máy chiết rửa keg và kết nối ống bên trong với máy Bơm môi chất đặt ở dưới bồn và dễ dàng

tiếp cận, bảo trì

Cảm biến chất lỏng được tích hợp dừng việc cung cấp nước sạch ngay khi đạt tới mức đầy

Tank có cuộn ống gia nhiệt, có thể gia nhiệt bằng hơi nước quá nhiệt

Nhiệt độ của nước nóng được điều khiển bằng PLC của máy chiết rửa keg và đầu dò nhiệt

Để kiểm tra nước nóng tank này được trang bị với một nhiệt kế và chỉ thị mức

1.6.Đặc tính kỹ thuật máy chiết keg 8 vị trí:

Hình1.8: sơ đồ máy chiết,rửa keg 8 vị trí công tác

Năng suất 120 keg /h

Các vị trí Trạm 1-5 : làm sạch bên trong

Trạm 6 -7 : tráng rửa và tiệt trùng Trạm 8 : Chiết

Kích thước Chiều rộng T : 1.300 mm

Chiều dài L : 4.200 mm Chiều cao H : 2.200 mm Chiều cao băng tải : 600 mm

Các đầu nối Cho sản phẩm : DN40

Cho môi chất : DN25 Cho khí nén điều khiển : đầu nối 3/4”

Kết nối điện Điện áp : 380 V, 50 Hz

Nguồn kết nối : 1 Kw

Độ ồn Độ ồn phù hợp với các quy định của Đức về phòng ngừa tai nạn, nhỏ hơn 85 dB A

1.6.1.Đặc tính kỹ thuật của tank nước

Hình 8:Tank chứa nước

Cỡ tank: Dung lượng tổng : khoảng 130 lit

Dung lượng hữu dụng : khoảng 110 lit

Các kích thước Chiều rộng (T) : khoảng 350 mm

Chiều dài (B) : khoảng 750 mm Chiều cao (H) : 2.150 mm ± 50 Các đầu nối Cho nước : DN25, áp suất nước max 5 bar

Cho đầu ra của tank : DN40

Lỗ thông hơi : DN 100 Bơm Điện áp : 380V, 50 Hz, IP 54 Nguồn kết nối : 1,1 (3) kW

Công suất của bơm : 7.000 lít/giờ , 2,0 b

1.6.2.Đặc tính kỹ thuật của tank chứa xút, axit:

Hình1 9 : tank chứa hóa chất

Cỡ tank : Dung lượng tổng : khoảng 260 lit

Dung lượng hữu dụng : khoảng 240 lit

Các kích thước Chiều rộng (T) : khoảng 600 mm

Chiều dài (B) : khoảng 750 mm Chiều cao (H) : 2.150 mm ± 50 Gia nhiệt Cụm ống gia nhiệt : V4A

Bề mặt gia nhiệt : 0,88 m2

áp suất vận hành max : 16 bar

Môi chất gia nhiệt : hơi nước 0,5-12 bar hoặc Nước gia nhiệt : max.16 bar

Đầu ra của tank : DN40

Lỗ thông hơi : DN 100 Bơm Điện áp : 380V, 50 Hz, IP 54 Nguồn kết nối : 1,1 kW

Công suất của bơm : 7.000 lít/giờ , 2,0 bar

1.6.3.Đặc tính kỹ thuật của tank nước nóng

Hình 1.10 : Tank chứa nước nóng

Dung lượng tổng : khoảng 260 lit Dung lượng hữu dụng : khoảng 240 lit

Các kích thước Chiều rộng (T) : khoảng 600 mm

Chiều dài (B) : khoảng 750 mm Chiều cao (H) : 1.350 mm ±50 Gia nhiệt Cuộn ống gia nhiệt : V4A

Bề mặt gia nhiệt : 0,88 m2

áp suất vận hành max : 16 bar

Môi chất gia nhiệt : hơi nước 0,5-12 bar hoặc Nước gia nhiệt max.16 bar

Các đầu nối : Cho nước : DN25, áp suất nước max 5 bar Cho gia nhiệt : DN25

Đầu ra của bồn : DN40

Bơm : Điện áp : 380V, 50 Hz, IP 54

Nguồn kết nối : 1,1 kW

Công suất của bơm : 7.000 lít/giờ , 2,0 bar

1.7 Qui trình công nghệ làm sạch và chiết keg:

1.7.1.Các bề mặt cần làm sạch:

1

2 3

4

6

5

Hình 1.11:các bề mặt của keg cần làm sạch 1- bề mặt trong ống dẫn; 2- bề mặt ngoài ống dẫn; bề mặt trong keg;hệ thống van keg;mặt ngoài van;6 mặt ngoài keg

Hình 11 chỉ rõ các bề mặt của keg cần được làm sạch đó là :

- Bề măt trong ống dãn, bề mặt ngoài ống dẫn, mặt trong keg, hệ van ,lò

xo van, mặt ngoài van và mặt ngoài keg

1.7.2.Các bước công nghệ tại các trạm công tác của máy chiết rửa keg

Trạm số 1: Tổng thời gian 30s

- Kiểm tra áp suất dư, thổi sạch cặn bằng khí tiệt trùng: 6s

- Tráng rửa bằng nước sạch tái sử dụng phun xung :16s

+ Rửa thành bên keg + rửa thành van chiết + thổi sạch bằng khí tiệt trùng

- Xả áp suất dư trong các đầu và các ống : 2 s

- Vận chuyển : : 6 s

Trạm số 2: Tổng thời gian 30s

- Tráng rửa xút- phun xung : 16 s

+ rửa thành bên keg

+ rửa thành ống phun

- Thổi sạch đầu rửa bằng khí vô trùng : 6 s

•kiểm tra áp suất dư

còn lại, thổi CO 2

• phun xung nước • thổi nước ra bằng

khí vô trùng

- Xả áp suất dư trong các đầu và các ống : 2s

- Vận chuyển : 6s

Trạm số 3: Tổng thời gian 30s

Tráng rửa xút- phun xung : 16 s

+ rửa thành bên keg

+ rửa thành ống phun

- Thổi sạch đầu rửa bằng khí vô trùng : 6 s

- Xả áp suất dư trong các đầu và các ống : 2s

- Vận chuyển : 6s

• Tráng rửa xút – phun xung • Thổi xút ra bằng khí vô trùng

Trạm số 4: Tổng thời gian 30s

Tráng rửa xút- phun xung : 10s

+ rửa thành bên keg

+ rửa thành ống phun

- Thổi sạch keg bằng khí vô trùng :5 s

- Tráng nước nóng trung gian giữa rửa bằng xút và bằng axit: 5s

- Thổi sạch đầu rửa bằng khí vô trùng : 2s

- Xả áp suất dư trong các đầu và các ống :2 s

- Vận chuyển : 6 s

• Tráng rửa xút – phun xung • Thổi xút ra bằng khí vô trùng

Trạm số 5: Tổng thời gian 30s

- Thổi sạch nước nóng ra khỏi keg bằng khí vô trùng : 6 s

- Tráng rửa axit- phun xung :16 s

+ rửa thành bên keg + rửa thành ống phun

- Xả áp suất dư trong các đầu và các ống :2 s

Trạm số 6: Tổng thời gian 30s

- Tráng rửa nước nóng- phun xung : 17 s

+ rửa thành bên Keg

+ Rửa Thành của ống phun

- Thổi sạch keg bằng hơi nóng , tráng rửa hơi nóng, tiệt trùng : 5s

- Xả áp suất dư : 2s

- Vận chuyển : 6 s

Trạm số 7: Tổng thời gian 30s

- Tráng nước lạnh - phun xung : 17 s

+ rửa thành bên Keg

+ Rửa Thành của ống phun

Trạm số 8: Chiết đầy bia vào keg Tổng thời gian 30s

- Tráng rửa đầu chiết bằng nước nóng và hơi nóng : 2s

- Xả áp suất dư trong các đầu và các ống : 2 s

- Chiết đầy bia :20 s

- Vận chuyển : 6 s

• Tráng nước lạnh phun

xung • Thổi sạch bằng CO 2 • Tạo áp suất đối kháng bằng CO 2

•Chiết đẳng áp

1.8 Nguyên tắc và các hiện tượng xảy ra trong quá trình chiết bia:

Quá trình chiết bia có nguy cơ gây Oxy hóa và nhiễm tạp vi sinh vật lớn nhất cho bia, một số hiện tượng xảy ra trong quá trình chiết bia đó là :

- Sự ôxy hóa

- Sự nhiễm tạp vi sinh

- Tổn thất CO2

1.8.1.Sự oxy hóa :

Trong quá trình chiết bia vào bao bì, bia tiếp xúc trực tiếp với không khí

và hòa tan oxy, nếu để không khí còn trong cổ chai, oxy sẽ hòa tan dần vào bia sau quá trình chiết, sự ôxy hóa này gây ra một số hậu quả rất xấu như:

- Chất đắng của hoa houblon kể cả tamin khi bị oxy hóa sẽ làm thay đổi hương vị của sản phẩm, tạo ra những cảm giác khó chịu cho người sử dụng Những chất bay hơi tạo hương thơm là những chất dễ bị oxy hóa, sẽ mất đi mùi thơm tinh tế dễ chịu của nó hoặc chuyển sang mùi khó chịu khi bị oxy hóa

- Tính bền keo của bia sẽ giảm mạnh khi bị oxy hóa Các hợp chất chứa

ni tơ là nguyên nhân đầu tiên tạo ra các cặn kết tủa keo, sẽ bị polyme hóa do sự oxy hóa khi chúng chứa lưu huỳnh Chúng cũng luôn luôn liên kết với các polyphenol và những chất này cũng bị polyme hóa do

Nguyên nhân sâu xa quan trọng nhất của sự oxy hóa trong quá trình chiết bia là không khí có thể bị giữ lại ở cổ chai

1.8.2 Sự nhiễm khuẩn trong quá trình chiết bia:

Các thiết bị sử dụng trong quá trình chiết bia là những thiết bị phức tạp, đòi hỏi nhiều thao tác trong quá trình vệ sinh, có thể coi là phức tạp nhất trong công nghệ làm bia Hơn nữa các bao bì sử dụng cũng cần phải tiệt trùng một cách kỹ càng

Sự nhiễm khuẩn trong quá trình chiết luôn nguy hiểm vì các vi khuẩn có khả năng phát triển nhanh Những kiểm tra về sụ nhiễm khuẩn trong sản xuất bia cho thấy nguyên nhân chủ yếu nhất là trong máy lọc và máy chiết bia

1.8.3.Tổn thất CO2:

Do có sự xáo động và giảm áp xuất bia trong quá trình chuyển bia từ thùng chứa vào bao bì, CO2 có xu hướng thất thoát ra khỏi bia Điều đó không những chỉ có hậu quả mất cân bằng CO2 mà còn gây khó khăn lớn cho quá trình rót do bọt sinh ra ở đó vì thế người ta phải giữ bia trong máy chiết ở một áp xuất đối kháng đủ lớn, áp xuất này càng cao khi hàm lượng CO2 trong bia càng lớn, nhiệt độ bia càng cao và đường ống vận chuyển càng cong và không đều Yếu tố cuối cùng này phụ thuộc nhiều vào cấu tạo máy chiết, nhưng cũng cần phải làm sao cho đường ống dẫn bia đến máy không có khuỷu đột ngột, đường kính đồng nhất và liên tục Áp suất đối kháng cho phép trong các thiết bị chiết bia thay dổi trong khoảng 1-3atm

Ngoài ra, để hạn chế sự tổn thất CO2, tank chứa bia thành phẩm trước khi chiết nên làm lạnh khoảng OoC và đặt gần máy chiết Áp suất bia ở máy chiết luôn được xác định bởi áp suất đặt ở tank thành phẩm Hiện nay người ta có thể đặt bơm trước máy chiết để điều chỉnh áp suất bia Trong trường hợp này áp suất

trong tank thành phẩm chứa bia sau bão hòa CO2 chỉ cần đủ đẩy bia đến đầu vào máy bơm này

Trước khi rót bia vào thùng chứa người ta đặt vào thùng chứa một áp suất đối kháng của không khí, tốt hơn là dùng CO2 Nhờ vậy lúc rót bia vào thùng chứa , bia sẽ không bị giảm áp suất đột ngột, nên tránh được khả năng bị oxy và tổn thất CO2 Khi bão hòa CO2 cho bia, tank chứa phải đầy nếu không bọt sinh

ra ở đó sẽ tạo ra chỗ hổng và trên thực tế điều đó làm giảm mạnh độ bền keo của bia

Bia thường được chiết vào các dạng bao bì là chai, lon và bốc (bock) Để đảm bảo chất lượng bia không đổi sau khi chiết bia vào bao bì cần chú ý tới một

số nguyên tắc cơ bản sau đây:

- Trong quá trình chiết không khí (oxy) luôn luôn được cách ly với bia Hàm lượng oxy cho phép 0,02- 0,04 mg/l

- Áp suất chiết luôn được duy trì ở mức đảm bảo không thất thoát CO2

- Toàn bộ dây chuyền chiết bia được vệ sinh và tiệt trùng nghiêm ngặt

- Kiểm soát các quá trình vận hành chặt chẽ

1.9 Các loại bốc chứa bia:

1.9.1.Bốc dạng tang trống:

tư thế nằm vẫn có thể tháo bia ra khỏi thùng

Thành gỗ của thùng dầy khoảng 3cm để đảm bảo chịu được áp suất tạo ra trong quá trình vận chuyển Có nghĩa là ngay từ lúc chưa có bia thùng gỗ đã có khối lượng khá lớn loại 30 lít có khối lượng là 25 kg, loại 50 lít có khối lượng là

32 kg

Thùng bốc dạng tang trống cũng có thể được làm bằng kim loại để hạn chế các nhược điểm từ thùng bằng gỗ vật liệu làm thùng bằng hợp kim nhôm hoặc bằng thép crom – niken Xung quanh thùng có bố trí hai vành cao su chống

va đập và thuận lợi cho quá trình vận chuyển Để chống ăn mòn với trường hợp thùng được làm bằng nhôm bên trong được tráng một lớp bảo vệ hoặc được mạ vật liệu chống ăn mòn

Cửa lắp van bia

ra

Các thùng đêù có “nút” thùng dạng vít xoắn, sau khi chiết các “nút” thùng

sẽ được vặn kín

1.9.2.Thùng bốc dạng hình trụ :

Cấu tạo chính thùng bốc dạng hình trụ (gọi là keg) hình 2 gồm một thùng hình trụ tròn có khả năng chịu lực tác động lớn và thuận lợi khi vận chuyển ,ở phía trên và phía dưới đáy có các gờ bảo vệ để tránh hư hỏng khi vận chuyển và tiện lợi khi xếp các thùng chồng lên nhau Mặt trên keg có lỗ ren để lắp van và ống dẫn bia hoặc Co2 trong qúa trình chiết bia vào keg và lấy ra khỏi keg

Vật liệu làm keg thường là thép không gỉ hoặc nhôm.Khối lượng không chứa bia của loại keg bằng thép không gỉ là :

-loại 30 lít : 7,9 – 12,5 kg

- loại 50 lít: 10- 15 kg

Ø378

Hình1.3 : Cấu tạo của keg

Ống dẫn bia vào,ra Vành bảo vệ

Độ dầy thép làm keg khoảng 1,2- 2mm

Keg nhôm được làm bằng hợp kim nhôm có chứa cả magie và silic loại keg này có ưu điểm là nhẹ hơn keg bằng thép không gỉ Keg nhôm có nhược điểm là không thể rửa bằng xút, có thể tạo khí hydro do phản ứng giữa xút và nhôm,vì thế loại keg này chỉ được rửa bằng axits hoặc kiềm loãng Keg bằng thép không gỉ có thể rửa bằng axit, xút và chịu được va đập tốt hơn keg bằng nhôm, nên ngày càng được sử dụng rộng rãi

Các ưu điểm của keg là :

- Các công đoạn vận chuyển, rửa và chiết bia vào keg có thể tự động hóa

- Mức độ kín của keg có thể kiểm tra tự động

• nghiên cứu, tính toán thiết kế hệ thống rửa, chiết keg tự động năng suất

120 keg/h cho các nhà máy bia là rất cần thiết và cấp bách

• Khảo sát, nghiên cứu kỹ lưỡng hệ thống chiết, rửa keg tự động của nước ngoài cho chúng ta nắm vững tính năng kỹ thuật của từng thiết bị trong hệ thống, các kích thước cơ bản, sự tương quan liên động của các thiết bị trong hệ thống làm cơ sở cho công tác thiết kế tiếp theo

• Nghiên cứu các hiện tượng xảy ra trong quá trình chiết bia cũng như các yêu cầu làm sạch các bề mặt bên trong keg giúp cho công tác thiết kế hệ thống hoàn hảo hơn

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾT RỬA KEG TỰ ĐỘNG

2.1.Thiết kế sơ bộ:

Với yêu cầu thiết kế hệ thống tự động rửa và chiết keg năng suất 120 keg/h theo mẫu về căn bản đã có sơ đồ bố trí các bộ phận máy, các vị trí tương quan giữa chúng ,điều này đã giảm bớt đi số khâu tính toán và lựa chọn khá nhiều dưới đây là các lựa chọn :

2.1.1.Bản vẽ sơ đồ nguyên lý và kết nối hệ thống:

Qua công tác khảo sát hạt động của hệ thống chiết keg năng suất 120 keg/h sơ đồ nguyên lý hệ thống được thiết kế như hình 2.1 dưới đây:

C

L

HOI NÓNG 1,5-3 bar,127-143° C

L

NÓNG C

Glycol h?i 1-1,5 bar,+7° C

Glycol c?p 2,5 bar, 3 C

Nu ? c vô trùng

Hòa tr?n xút Hòa tr?n axit S?n ph?m vào

D? M LÀM VI? C

xi lanh nâng d?m làm vi?c

xi lanh di chuy?n d?m làm vi?c

xi lanh nâng h? d?u công tác

xi lanh k?p

CIP c?p CIP v?

làm khô

làm khô

làm khô L

2.1.2.Xác định các kích thước cơ bản,các thiết bị hệ thống:

2.1.2.1 Các yếu tố công nghệ và bơm:

Bảng 1: Thông số kỹ thuật các yếu tố công nghệ

Thông số kỹ thuật STT Yếu tố công

nghệ

Nhiệt độ (oC)

Áp suất (bar)

Lưu lượng (m3/h)

Công suất bơm (kw)